способ определения тяжелых элементов
Классы МПК: | G01N23/221 активационным анализом |
Автор(ы): | Винокуров С.Ф., Кушин В.В., Перелыгин В.П. |
Патентообладатель(и): | Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-12-28 публикация патента:
20.02.1998 |
Использование: определение тяжелых элементов, в том числе благородных металлов, при низких субфоновых их содержаниях в горных породах, рудах и минералах. Сущность изобретения: образец с детектором из фторфлогопита облучают в ускорителе потоками ионов азота или кислорода, или бора в зависимости от необходимой селекции элементов: иридия, осмия или золота, получают f - радиограмму образца. После облучения производится термическая обработка детектора в интервале температур 450 -600oC в течение 4 - 6 ч. Затем проводят экспонирование полимерного трекового детектора, наведенным - излучением в течение 1 - 100 ч и сопоставление f - и -радиограмм, причем последнее ведут путем наложения и вычитания одного отображения исследуемого элемента из другого. По полученной разнице судят о наличии элементов платиновой группы и золота в шлифе, распределении и их суммарной концентрации. Далее проводят повторное облучение шлифа потоками ионов соответственно кислорода или фтора, или углерода и повторяют всю последовательность операций. По результатам второго сопоставления f - и -радиограмм устанавливают наличие соответственно элементов иридия, осмия или золота и определяют их распределение и концентрацию. Способ обеспечивает надежное селективное выделение отдельных элементов.
Формула изобретения
Способ определения тяжелых элементов, включающий получение на детекторах соответственно f-радиограммы мгновенных осколков деления путем облучения шлифа пород в потоке ионов, затем -радиограммы наведенной -активности с использованием в качестве детекторов соответственно слюды, отожженной после облучения, а затем полимерного материала с последующим сопоставлением распределений и концентраций, полученных на детекторах, содержащих f- и -радиографические отображения группы тяжелых элементов, по результатам которого судят о распределении и суммарной концентрации группы исследуемых элементов в шлифе, отличающийся тем, что в качестве детектора для f-радиограммы используют искусственную слюду фторфлогопит, шлиф облучают потоками ионов азота, или кислорода, или бора, а отжиг снятого после облучения детектора проводят при температуре 450 600oС в течение 4 6 ч, экспонирование наведенным -излучением проводят в течение 1 100 ч, сопоставление f- и -радиограмм ведут путем наложения и вычитания одного отображения исследуемого элемента из другого и по полученной разнице судят о наличии элементов платиновой группы и золота, распределении и их суммарной концентрации, далее проводят повторное облучение шлифа потоками ионов соответственно кислорода, или фтора, или углерода, повторяют всю последовательность вышеописанных операций и по результатам второго сопоставления f- и -радиограмм выделяют соответственно элементы иридий, или осмий, или золото и определяют их распределение и концентрацию в шлифе.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к методам анализа материалов радиационными способами и может быть использовано для определения тяжелых элементов, в том числе и благородных металлов при низких субфоновых их содержаниях в горных породах, рудах и минеральных при поиске, разведке и отработке рудных месторождений. Известен способ определения золота путем использования нейтроноактивационной радиографии [1]. Однако этот способ неприменим для указанных условий в связи с тем, что фон наведенной активности составляет 80%, а пространственное разрешение хуже 100 мкм. Что касается платины, то ее нейтронная радиография неизвестна. Известен способ определения тяжелых элементов, включающий получение на детекторах последовательно f-радиограммы мгновенных осколков деления путем облучения шлифа пород в потоке ионов, затем -радиограммы наведенной -активности с использованием в качестве детекторов соответственно слюды, термически обработанной после облучения, а затем полимерного материала с последующим сопоставлением распределений и концентраций, полученных на детекторах, содержащих f и -радиографические отображения группы тяжелых элементов, по результатам которого судят о распределении и суммарной концентрации группы последующих элементов в шлифе [2]. Недостатком аналога и прототипа является невозможность идентификации в рудах и породах группы платиновых элементов и золота, а также селективное выделение каждого из них. Технический результат, получаемый от реализации предлагаемого изобретения - определение характера распределения в суммарной концентрации всех элементов платиновой группы и золота с низкими кларками распространения в земной коре с дальнейшим селективным выделением элементов - иридия, или осмия, или золота и определение их концентраций в исследуемом материале. Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения тяжелых элементов, включающем получение на детекторах соответственно f-радиограммы мгновенных осколков деления путем облучения шлифа пород в потоке ионов, затем -радиограммы наведенной -активности с использованием в качестве детекторов соответственно слюды, отоженной после облучения, а затем полимерного материала с последующим сопоставлением распределений и концентраций, полученных на детекторах, содержащих f и -радиографические отображения группы тяжелых элементов, по результатам которого судят о распределении и суммарной концентрации группы исследуемых элементов шлифа, в качестве детектора для f-радиограммы используют искусственную слюду фторфлогопит, шлиф облучают потоками ионов азота, или кислорода, или бора, а отжиг детектора для f-радиограммы проводят при температуре 450-600oC в течение 4-6 ч, экспонирование наведенным -излучением проводят в течение 1-100 ч сопоставление же детекторов f и -радиограмм ведут путем наложения и вычитания одного отображения исследуемого элемента из другого и по полученной разнице судят о наличии элементов платиновой группы и золота, их распределение и суммарной концентрации, далее проводят повторное облучение шлифа потоками ионов кислорода или фтора, или углерода, повторяют всю последовательность вышеописанных операций, по результатам второго сопоставления f и -радиограмм выделяют соответственно элементы: иридий, или осмий, или золото - и определяют их распределение и концентрацию в шлифе. Авторами впервые установлено, что на детекторе из искусственной слюды - фторфлогопите получается качественное f-отображение исследуемой группы платиновых элементов и золота. При температурах выше 450oC детектор из мусковита - природной слюды (прототип) становится дефектным. В прототипе определяются более тяжелые элементы, начиная со свинца: свинец, торий, уран, поэтому и материал детектора для f-радиограмм и соответствующий ему режим отжига устанавливается другой (ниже 450oC). При температурах выше 450oC детектор из слюды - мусковита (прототип) становится дефектным. Другими словами, авторами впервые установлен качественно новый технологически режим, где существенные отличительные признаки тесно связаны между собой и совместно с общими признаками прототипа направлены на достижение вышеуказанного технического результата, а именно: предложен конкретный тип ионов для первичного и повторного облучения с целью селективного выделения отдельных элементов, энергия, термический режим, тип детектора для f-радиаграфии. Так, для селективного выделения иридия из группы платиновых элементов проводят первичное облучение шлифа (детектора) ионами азота, а вторичное - ионами кислорода. Для селективного выделения осмия проводят первичное облучение шлифа ионами кислорода, а вторичное - ионами фтора. Для селективного выделения золота - первичное облучение ионами бора, а вторичное - ионами углерода. После облучения проводится отжиг детектора при температурах 450-600oC в течение 4-6 ч. В процессе термической обработки при указанных параметрах происходит отжиг треков ядер отдачи и составных ядер, однако сохраняются треки осколков деления определяемых элементов. При термической обработке с температурой ниже 450oC в течение менее 4 ч не достигается отжиг треков ядер отдачи и составных ядер. При термической обработке с температурой выше 600oC в течение более 6 ч происходит отжиг треков осколков деления определяемых элементов. Следует пояснить, что изображение на f-радиограмме формируется в процессе облучения треками мгновенных осколков деления тяжелых элементов, содержащихся в исследуемых кларках. Кроме того, детектор (из фторфлогопита) регистрирует треки ядер отдачи и составных ядер, образованных при прохождении потока ионов через слюду. Полученная таким образом f-радиограмма образована треками осколков деления наиболее тяжелых элементов (платиновая группа и золото), содержащихся в образце. Для установления конкретного элемента измеряется -радиограмма наведенной в исследуемом образце активности. Полимерный трековый детектор, способный регистрировать треки -частиц экспонируют в течение 1-100 ч. Пределы экспонирования определяются периодом полураспада -активных изотопов наведенной активности. Полученное -радиографическое изображение сформировано треками -частиц, образованных продуктами распада составных ядер наиболее тяжелых элементов, содержащихся в образце. Граница регистрации, т.е. наиболее легкий элемент, дающий вклад в -радиограмму определяется типом (заряд, масса) бомбардирующего иона и его энергией. Сопоставление детекторов f и -радиограмм путем наложения и вычитания одного отображения исследуемого элемента из другого позволяет судить о наличии исследуемого элемента (или группы элементов) в образце, определить концентрацию и пространственное распределение. Предлагаемый способ позволяет установить характер распределения и определить концентрации отдельно платиновых элементов и золота в образцах пород и руд, что ранее известными методами осуществить было невозможно. Для практической геологии, а также для научно-исследовательских разработок это очень важно, т.к. в последнее время на ряде крупных золоторудных месторождений России, Средней Азии и других регионов (Сухой Лог, Мурунтау и т.д.), локализованных в черных сланцах, выявлены значительные концентрации элементов платиновой группы, имеющие промышленное значение. Эти концентрации характеризуются рядом специфических черт: тонкодисперсное распределение, тесная связь с углеродистым веществом, отсутствие минеральных микрофаз и необычные физические свойства, которые не позволяют определять их стандартными аналитическими методами. Предлагаемый способ в общем виде реализуется следующим образом. Берется шлиф и к исследуемой поверхности приклеивается тонкая пластинка из слюды (фторфлогопит)-детектор. Далее помещают шлиф с детектором в поток ионов ускорителя исследуемой поверхностью перпендикулярно потоку и облучают с интенсивностью 1012-1017 см2. При этом для селективного выделения иридия выбирают поток ионов азота, для выделения осмия - поток ионов кислорода, а для выделения золота - поток ионов бора. Нижний предел 1012 ионов/см2 определяется сечением реакций образования составных ядер. 1012 ионов/см2 является предельной для идентификации кларков со 100% содержанием элемента. При меньших экспозициях чувствительность падает и ухудшается качество радиографического изображения. Верхний предел (1017 см2) определяется радиационной стойкостью детектора. После облучения слюду (детектор) снимают и проводят его термическую обработку при температуре 450-600oC в течение 4-6 ч. После этого детектор обрабатывается в плавиковой кислоте по стандартной методике. В результате получается f-отображение, сформированное осколками деления элементов платиновой группы (иридий, осмий и золота), которое дальше анализируется. Затем на этот же, но уже облученный шлиф приклеивается детектор из полимера, (на основе нитрата целлюлозы CN-85) и производится экспонирование наведенным -излучением в течение 1-100 ч. Далее детектор снимают со шлифа и обрабатывают стандартным способом. Пределы экспонирования определяются периодом полураспада -активных изотопов наведенной активности. В результате получается отображение, сформированное -частицами наведенной активности, только от тяжелых сопутствующих платине элементов. Затем проводится сопоставительный анализ детекторов f и -радиограмм на наличие исследуемого элемента путем наложения одного отображения (f) на другое ( ) отображение и вычитания одного из другого. По разнице отображений делается заключение о наличии элементов платиновой группы и золота в шлифе, их распределении и суммарной концентрации. Далее проводится повторное облучение исследуемого шлифа потоками ионов кислорода или фтора, или углерода в зависимости от того, какой элемент надо выделить селективно, и повторяют всю последовательность вышеописанных операций. Затем сопоставляют вторично f и -радиограмм и выделяют в нашем случае соответственно элементы иридий или осмий, или золото. Если же в исследуемом шлифе при предварительном визуальном исследовании были обнаружены все три элемента и их необходимо выделить селективно, то процесс с данным шлифом повторяют трижды по вышеуказанной методике. Пример 1Из черносланцевой породы золоторудного месторождения Средней Азии был изготовлен полированный шлиф. На поверхность шлифа была наклеена пластина из слюды фторфлогопит толщиной 20 мкм. Проведено облучение потоком тяжелых ионов азота, в потоке 1014 ионов/см2 перпендикулярно поверхности шлифа со стороны детектора из слюды. После облучения проведен отжиг детектора при температуре 480oC в течение 6 ч. Далее детектор протравлен в плавиковой кислоте стандартным способом. В результате на детекторе из слюды фторфлогопит получено изображение кластеров тяжелых элементов, которое образовано мгновенными осколками деления (f-радиограмм). Непосредственно после окончания облучения в потоке ионов, на поверхность шлифа был наложен полимерный детектор CN-85 и проведено экспонирование альфа-частицами наведенной в реакциях альфа-активностью. Длительность экспонирования составила 10 ч. После экспонирования проведено травление CN-85 в растворе NaOH по стандартной методике. В результате экспонирования установлено, что на детекторе CN-85 отсутствует изображение кластеров, сформированное треками альфа-частиц. Из сопоставления (вычитания) 2-х радиограмм (f и ) сделан вывод о том, что кластеры, сформировавшие f-изображение состоят из иридия, осмия, золота или более легких элементов. Далее, на тот же шлиф была наклеена новая пластинка из слюды фторфлогопит толщиной 20 мкм. Проведено повторное облучение шлифа с детектором в потоке ионов кислорода с интенсивностью 1014 ионов/см2 перпендикулярно поверхности шлифа. После облучения проведен отжиг детектора из слюды при температуре 480oC в течение 6 ч. Далее детектор протравлен в плавиковой кислоте стандартным способом. В результате на детекторе из слюды фторфлогопит получено изображение кластеров тяжелых элементов, которое образовано мгновенными осколками деления (f-радиограмма). Непосредственно после окончания облучения в потоке на поверхности шлифа был наложен полимерный детектор CN-85 и проведено экспонирование альфа-частицами наведенной в реакциях альфа-активности. Длительность экспонирования составила 10 ч. После экспонирования проведено травление CN-85 в растворе NaOH по стандартной методике. В результате экспонирования на детекторе CN-85 получена альфа-радиограмма, образованная треками альфа-частиц наведенной активности (составных ядер Po и At). Проведено сопоставление (вычитание) f и радиограмм от повторного облучения и сделан вывод о том, что данный результат может быть обусловлен элементами - иридий, осмий, золото, или более тяжелыми, чем иридий, осмий, золото элементами. Сопоставляя результаты 1-го и 2-го облучения, сделан однозначный вывод, что зарегистрированные изображения образованы элементом иридий. Содержание иридия в кларках определено по поверхностной плотности треков осколков деления на радиограмме и составило 55%. Пример 2. (Выделение осмия)
Из горной породы золоторудного месторождения Забайкалья был изготовлен полированный шлиф. Далее по технологии, описанной выше в примере 1. С ним были произведены также операции, за исключением того, что облучение проводилось потоком тяжелых ионов кислорода, а после облучения отжиг детектора проводился при температуре 600oC в течение 4-х ч. Повторное облучение шлифа с детектором проводилось в потоке ионов фтора. Длительность экспонирования составила 7 ч. После повторного сопоставления (вычитания) f и -радиограммы был сделан вывод о том, что в шлифе обнаружен осмий с содержанием 65%. Пример 3. (Выделение золота)
Из горной породы золоторудного месторождения Енисейского кряжа был изготовлен полированный шлиф. Далее, по технологии, описанной выше, с ним были произведены те же операции за исключением того, что облучение производилось в потоке ионов бора 31014 ионов/см2, а после облучения детектор отжигался при температуре 490oC в течение 4,5 ч. Повторное облучение шлифа проводилось в потоке ионов углерода, равным также 31014 ионов/см2. Длительность экспонирования полимерного детектора наведенной альфа-активностью составила 90 ч. Из сопоставления f и радиограммы был сделан вывод о том, что зарегистрированные изображения сформированы элементом золотом. Содержание элемента определено по поверхностной плотности треков осколков деления на детекторе и слюды. Концентрация золота составила 95%. Авторами при опробовании предлагаемого способа были проведены десятки измерений на шлифах, изготовленных из руд и пород из различных регионов России (Забайкалье, Сибирь) и зарубежья (Канады, Средняя Азия). Как видно из приведенных результатов, предлагаемый нами способ надежно селективно выделяет из объекта элементы платиновой группы: иридий, осмий, золото, что известные до приоритета подачи заявки методики не позволяли делать. Кроме того, предполагаемое изобретение промышленно применимо, поскольку описан весь технологический процесс его осуществления, а также он не "привязан" к конкретному региону.
Класс G01N23/221 активационным анализом